浅谈旋挖钻机钻孔灌注桩施工技术.doc

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浅谈旋挖钻机钻孔灌注桩施工技术
——市场开发部“达成铁路”之行

通过对达成铁路扩能改造工程ZQSG-4标段（由中铁二局集团公司承建）嘉陵江特大桥现场施工的学习考察，了解到该大桥采用了旋挖钻机进行钻孔灌注桩施工，此技术具有快速、高效、高质量的特点，笔者就这种在铁路工程钻孔桩施工上被广泛应用的施工机械和施工技术做肤浅阐述，与大家共同学习。
一、设备介绍
⑴旋挖钻机概述
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的自行式施工机械，广泛用于市政建设、铁路桥梁、公路桥梁、高层建筑等基础工程和各种钻孔灌注桩工程的施工，配合不同钻具，适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高（4m/h左右的进尺）及多功能等特点。目前国内市场上进口旋挖钻机是主流，可供选择的范围非常大，价格一般在300万元～600万元之间，贵的也有上千万元。钻孔深度一般在40m～80m之间，最深可达到120m。
⑵工作原理
旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重和施加竖向液压力作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁,反复循环而成孔。
二、施工技术
⑴施工工艺
第一步：场地平整，桩位放样；
第二步：旋挖钻机就位；
第三步：钻头轻轻着地，旋转，开钻；开始最好以钻头自重作为钻进压力，以更好的保证桩基精度；
第四步：当钻头里装满土砂料，提升出孔外，注意孔内地下水位情况，及时补充水，以防坍塌；
第五步：旋挖钻机旋回，将钻头内的土砂料倾倒在土方车或地上；
第六步：关上钻头活门，旋挖钻机旋回到原位，锁上钻机旋转体；
第七步：放下钻头；
第八步：埋设护筒，放入泥浆。按照工地现场土质情况，放下一定长度的护筒。护筒直径一般应比桩径大10cm，以便钻头在孔内自由升降。按现场土质情况，调配泥浆。如果现场土质都是比较好的粘性土，可以考虑不注入泥浆或清水，直接钻进，桩孔施工采用一次性全面不间断作业；
第九步：成孔深度达到设计要求后,进行清孔换浆工作。边注边抽,保证在孔底50cm内,稳定液比重小于1.20,粘液不大于28s,砂率不大于4%时,才可以提钻转到下一桩孔成孔。
第十步：放入钢筋笼；为防止钢筋笼变形,将制作好的钢筋笼梆上杉木杆,再将预制的混凝土滚轴式定位轮,绑于钢筋笼上,控制保护层,最后将压浆管固定上,利用吊车将其吊入孔内。为防钢筋上浮,将钢筋笼与护筒焊牢。
第十一步：放入导管；利用吊车将导管放入,导管直径、长度应与孔深配套,管距孔底30cm,初灌量应保证混凝土扩散后,导管埋入深度不小于1m,为防止混凝土与稳定液混合,在灌注混凝土前,用充气球胆浮于管内。
第十二步：进行二次清孔；
第十三步：进行水下混凝土灌注；每注入一管混凝土,利用吊车向上拔管,每提30cm反插一半,保证混凝土的扩散和密实。如此循环,直至顶面。
第十四步：拔出护筒，清理桩头沉淤回填，成桩。
在特殊情况下需要对桩基进行后压浆。由于桩深无法振捣混凝土,采用高压水泥浆的方法填充空隙使其密实。设计要求桩侧压浆管两根,对称设置,一根在桩端1/3处,一根在桩端2/3处,钢管下端用塑料管绕钢筋一圈,管上按间距4cm设置出浆口,为防止混凝土将其口堵死,下笼前应在塑料管外包裹一保护层。成桩后48h开始压浆,先压深管,完成设计压浆量的2/3,第一根注浆完后6h再将剩余1/3的浆压入浅管。
场地平整，桩位放样
钻机就位
初钻
埋设护筒
桩位二次校核
钻进到位
清孔换浆
钢筋笼吊装
制备泥浆
下导管
二次清孔
砼浇筑
桩头清理

⑵施工要点
①护筒施工
护筒埋设工作是旋挖钻孔机施工的开端，护筒平面位置与竖直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密，不透水，对旋挖钻孔机成孔、成桩的质量都有重大的影响。埋设护筒时应通过定位的控制桩放样，把旋挖钻孔机钻孔的位置标于坑底。再把护筒吊放进坑内，找出护筒的圆心位置，用十字线在护筒顶部或底部，然后移动护筒，使护筒中心与旋挖钻孔机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使护简坚直。此后即在护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度。夯填时要防止护筒偏斜。
②泥浆
制备泥浆是旋挖钻机能否成孔的关键，也是影响钻孔进度和桩基混凝土质量的关键。泥浆要符合规范要求，太稀时将不能浮碴，影响钻进，太稠时泥浆附在孔壁和钢筋上，影响桩基混凝土的质量。成孔采用制备泥浆作为孔桩护壁，泥浆材料选用膨润土或粘土、聚丙烯酰胺以及烧碱，制备泥浆在泥浆池内进行，每立方米泥浆需膨润土450～800kg，加入适量烧碱可提高泥浆的粘度，泥浆指标控制一般泥浆的比重在1.05～1.10之间,粘度在18s～25s,含砂率小于6%，这样的泥浆粘土颗粒悬浮均匀，沉淀少，性能稳定，满足了钻孔需要。桩孔施工采用一次性全面不间断作业，施工中根据出渣情况判断土层结构及时合理地调整泥浆性能指标，遇松散地层时，适当增大泥浆相对密度和粘度，保持孔内水头高度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。
③孔底沉淤控制
旋挖钻斗的切削、提升上屑的机理与常见回转钻进的正、反循环成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通过钻斗把孔底原状土切削成条状载入钻斗提升出土，后者是通过钻头把孔底原状土打碎由泥浆循环带出土面。前者底部面缓,钻至设计标高对土的扰动很小，没有聚淤漏斗，所以要加强稳定液的管理，控制固相含量，提高粘度，防止快速沉淀；还要控制终孔前二钻斗的旋挖量。
④合理控制钻斗的升降速度
钻斗的升降速度跟桩基的孔径、地质等有关，在开始钻进或穿过软硬层交界处时，为保持钻杆竖直，宜缓慢进尺。在钻进过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到硬石、石块或硬物等，这时应立即提钻检查，等查明原因并妥善处理后再钻，以免导致桩孔严重倾斜、偏移，甚至使钻杆、钻具扭断或损坏。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。遇到孔内渗水、塌孔、缩颈等异常情况时，应将钻具从孔内提出，研究妥善处理。
⑤复测孔深及稳定液比重
为保证灌注桩质量，浇注混凝土前，一要检查孔底泥浆的比重是否小于1.20，否则采取换浆处理；二要检查孔的深度，判断有否孔壁坍塌现象，若有用旋钻机清孔，达到设计深度后方可安装导管。
⑥对导管的要求
导管在使用前必须作密封性检查，接头严密，不漏水、不漏浆。导管上料斗的体积，由桩径、桩长和导管埋入混凝土中的深度来确定，料斗体积以大些为宜，首批浇筑的混凝土埋深导管在1m～3m间。
⑦浇注混凝土的要求
混凝土应连续浇注,中间不得停顿。由于桩内混凝土不能振捣,主要混凝土的自重压密和混凝土的流动成型,必须控制好配合比、浇筑速度以确保混凝土的质量。随时检查混凝土的坍落度,坍落度应控制在18～22cm之间。
⑧压浆要求
压浆所用材料必须过筛，为保证浆液均匀，浆液搅拌时间不少于5min。注浆前先注入清水，将压浆管开通，再灌砂浆，压力应控制在1.2MPa内。单桩压浆量设计值需要通过现场实验验证，如果通过几根桩的试压均达不到设计值，其设计压浆量根据试压值调整。压浆控制标准是将规定的压浆量全部压进，可通过一次压浆或二次压浆达到进浆量的目的。就是说第一次压浆如果压力达到1.2MPa而压浆量达不到规定停止压浆，停12h后进行第二压浆；如果达到规定要求，则停止压浆；如果仍达不到规定，则压力达到1.2MPa时即可终止压浆。
⑨由于混凝土浇筑到顶时残留泥浆会与混凝土混合，则实际桩顶标高应比设计标高高0.5m，最后机械破桩头处理。
三、施工优势
旋挖成孔灌注桩的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强、环境污染小等优点,克服了其它机械成孔时孔底沉淤土多,桩侧摩阻力低等缺点。尽管一次投入费用较大,但成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低,是一种理想的施工工艺。
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